43 h2o / 18- 2009
platform
platform
Jan van Bakel, Alterra
Albert Poelman, Adviesburo voor Waterbeheer BV Neeltje Kielen, Waterdienst Rijkswaterstaat Jacco Hoogewoud, Deltares
Waterreservoirs op
bedrijfsniveau alternatief voor
zoetwatervoorziening landbouw?
De zoetwatervoorziening van de landbouw in Nederland staat hoog op
de beleidsagenda. De verwachting is dat door klimaatveranderingen het
neerslagtekort in het groeiseizoen zal toenemen, waardoor extra water nodig
is. Tegelijkertijd neemt de kans toe dat het aanbod van oppervlaktewater
tijdens droge zomers afneemt en dat beregening met grondwater steeds meer
aan banden zal worden gelegd. De Deltacommissie komt zelfs met voorstellen
het IJsselmeer nog meer in te zetten als zoetwaterreservoir, door peilopzet
en toestaan van meer peilvariatie. In tegenstelling tot de Deltacommissie
verbreedt het Rijk het zoeken naar oplossingen voor het zoetwatervraagstuk
van alleen kijken naar het aanbod vanuit het hoofdwatersysteem naar ook het
verkennen van de mogelijkheden voor grotere zelfvoorzienendheid. De vraag
die in dit artikel wordt behandeld, is of vasthouden van het neerslagoverschot
in zoetwaterbekkens op bedrijfsniveau een redelijk alternatief vormt voor
wateraanvoer.
g
emiddeld ontstaat bij het huidige klimaat in nederland gedurende het groeiseizoen een neerslagtekort: er valt zo’n 100 millimeter minder neerslag dan er verdampt. er zijn echter grote verschillen van jaar tot jaar: van een neerslagoverschot van 100 millimeter in een nat zomerhalfjaar tot een tekort van 300 millimeter in een extreem droog zomerhalfjaar als 1976. een optredend neerslagtekort wordt voor het grootste gedeelte aangevuld doordat de bodem water kan naleveren dat in de winter daarin is opgeslagen. in droge jaren, en vooral bij bodems met een gering vochtleverend vermogen, is dit echter niet voldoende en treedt, zonder aanvullende watervoorziening, droogteschade op. agrariërs hebben zich op verschillende manieren aangepast aan deze situatie: zoveel mogelijk water conserveren via actief stuwbeheer (hoewel de effecten hiervan beperkt zijn, doordat de grond-waterstand in het voorjaar voldoende laag moet zijn voor bewerking en berijding en gewasgroei), accepteren van droogteschade, beregening met grond- of oppervlaktewater en eventueel aanpassing van het bouwplan. voor beregening is een bron van water nodig. in ruwweg het holocene deel vannederland, waar het grondwater te zout is, is aanvoer van zoet water de enige bron en in de rest van nederland zowel oppervlakte- als grondwater. de leverantiezekerheid van zoet oppervlaktewater is zeker niet overal 100 procent, want in tijden van schaarste wordt de laagsalderende landbouw volgens de zogenoemde verdringingsreeks als eerste gekort. ook kan de door de deltacommissie aanbevolen beprijzing van water leiden tot een andere kijk op wateraanvoer als bron van de zoetwatervoorziening voor de landbouw. de leverantiezekerheid van grondwater is fysisch beter gegarandeerd, maar in diverse regio’s worden restricties opgelegd aan de onttrekking voor beregening uit grondwater, in verband met de verdroging.
de geschetste situatie kan in de toekomst veranderen, onder meer doordat klimaat-verandering vrijwel zeker gaat leiden tot een groter neerslagtekort in het groeiseizoen en lagere afvoeren van rijn en Maas tijdens droge zomers. door de deltacommissie is aan het vraagstuk van de zoetwatervoor-ziening de nodige aandacht besteed, waarbij het voorstel voor verhoging van het ijssel-meerpeil met 1,5 meter het meest in het oog springt. van diverse zijden is de haalbaarheid van dit voorstel in twijfel getrokken. en
dus kan de vraag gesteld worden: zijn alternatieven denkbaar om (toekomstige) problemen met de zoetwatervoorziening op te lossen, bijvoorbeeld door het neerslag-overschot van de winter vast te houden in seizoensbergingsreservoirs?
deze vorm van water vasthouden is in het kader van wb21 wel aanbevolen (de trits vasthouden-bergen-aanvoeren), maar er is niet serieus gekeken naar de specifieke uitvoeringsvorm: zoetwaterbekkens op bedrijfsniveau.
het idee van water opslaan op bedrijfsniveau is overigens niet nieuw (regenwaterbassins bij de glastuinbouw zijn algemeen gebruik), maar werd tot nu toe voor open teelten als onhaalbaar afgewezen vanwege te hoge kosten in verhouding tot de baten. Maar waarom wordt in landen als belgië en engeland hieraan dan wel aandacht besteed en is het daar op veel plaatsen al wel gebrui-kelijk?
binnen het waterinnovatieprogramma (van deltares en rijkswaterstaat) is deze vraag ook gesteld en is aan alterra gevraagd een verkenning uit te voeren naar de haalbaarheid van zoetwaterbekkens op bedrijfsniveau.
44 h2o / 18- 2009
Werkwijze en resultaten
bij de verkenning zijn drie sporen gevolgd:
• een verkenning van (vooral)
buiten-landse literatuur en internet (leverde met name schattingen op van aanlegkosten van zoetwaterbekkens en kosten van beregening);
• een ‘quick scan’-analyse;
• het uitvoeren van verkennende
bereke-ningen met een hydrologisch model. op de laatste twee sporen zal nader worden ingegaan.
‘Quick scan’-analyse
Uitgangspunt van de analyse was de vraag of de aanleg van zoetwaterbekkens voor open teelten een redelijk alternatief is voor de bestaande vormen van zoetwatervoor-ziening. bij voorbaat kan gesteld worden dat dit alleen zo is als de zoetwatervoor-ziening door aanvoer van water niet meer gegarandeerd is of doordat beregening uit grondwater aan banden wordt gelegd. de kostprijs van een kubieke meter water uit een zoetwaterbekken lig immers in de orde van 0,40 euro (eerste inschatting ontleend aan literatuurgegevens) en dat is aanzienlijk meer dan de huidige prijs van aanvoerwater of de grondwaterheffing. dus de analyse is teruggebracht tot de vraag: is de aanleg van zoetwaterbekkens voor open teelten rendabel bij ontbreken van betrouwbare andere bronnen van zoetwatervoorziening? rendabel betekent in dit verband: zijn de jaarlijkse extra baten hoger dan de jaarlijkse extra kosten? hierna vertaald tot de vraag: zijn de kosten per kubieke meter water uit een zoetwaterbekken die als berege-ningswater wordt gebruikt lager dan de opbrengsten?
de jaarlijkse kosten van een zoetwater-bekken bestaan uit:
• het productieverlies van het areaal dat
wordt omgezet van landbouwgrond naar zoetwaterbekken. er kan van worden uitgegaan dat dit grasland is met een jaarlijks saldo van 2.000 euro per hectare;
• rente en afschrijving van de aanlegkosten
en jaarlijks onderhoud, voorlopig gesteld op tien procent van de aanlegkosten. de aanlegkosten zijn ontleend aan de engelse internetpagina ukia.org en bedragen voor een bekleed reservoir circa 3,50 euro per kubieke meter reservoircapaciteit. dit geeft een schatting van de jaarlijkse kosten per kubieke meter reservoircapaciteit van 0,35 euro.
bij een maximaal mogelijke peilvariatie in het bekken van twee meter (is 20.000 kubieke meter per hectare) zijn de minimale kosten per onttrokken kubieke meter vast te stellen: het productieverlies bedraagt 2.000 euro per 20.000 kubieke meter per hectare is 0,10 euro plus 0,35 euro is: 0,45 euro per kubieke meter.
daar komen nog bovenop de kosten van beregening, die zijn geschat op 200 euro per hectare per jaar aan vaste kosten en 0,20 euro per kubieke meter aan variabele kosten (exclusief arbeid). bij een geschatte gemiddelde gift van 100 millimeter per jaar bedragen deze kosten 0,40 euro per kubieke
meter. in totaal kunnen de minimale kosten dus geschat worden op 0,45 euro plus 0,40 euro is: 0,85 euro per kubieke meter berege-ningswater onttrokken uit een zoetwater-bekken.
de baten van een kubieke meter berege-ningswater bestaan uit het (gedeeltelijk) opheffen van het productieverlies door optredend verdampingstekort (primaire effect) en secundaire effecten, zoals het aanslaan van gewassen, een betere kwaliteit van het oogstbaar product en het voorkomen van afsterven van gewassen. de primaire effecten van beregening kunnen als volgt worden geschat. een met een gewas begroeid perceel van een hectare verdampt potentieel per groeiseizoen gemiddeld 400 millimeter en staat gelijk aan 4.000 kubieke meter. de aangenomen bruto-opbrengsten van de verschillende teelten zijn (bron: herziening agricoM):
• grasland: 2.000 per hectare
• akkerbouw: 4.000 per hectare
• vollegrondsgroenten: 20.000 per hectare
dus brengt elke kubieke meter berege-ningswater die volledig ten goede komt aan verhoging van de verdamping, respectie-velijk een halve, één en vijf euro op. vergelijking van de kosten leert al snel dat het voor grasland niet rendabel is zoetwa-terbekkens aan te leggen; voor akkerbouw houdt het niet over en voor vollegronds-groenten is het zeker rendabel.
bovenstaande analyse is gebaseerd op de volgende twee vooronderstellingen:
• elk jaar wordt de volledige inhoud van
het reservoir gebruikt (benuttingsgraad 100 procent). door de sterk wisselende neerslagtekorten van jaar tot jaar is dit een onmogelijkheid, zoals ook uit de verkennende berekeningen zal blijken;
• elke beregende millimeter komt volledig
ten goede aan verhoging van de gewasverdamping (100 procent berege-ningsefficiëntie). bij het nederlandse klimaat is dit zeker niet het geval, doordat bijvoorbeeld vlak na een beregeningsgift
Afb. 1: Ligging van het voorbeeldgebied ten oosten van het Peelkanaal.
Afb. 2: Schematische weergave van het watersysteem met tussen haakjes de veeljarig gemiddelde waterbalans-posten (in millimeters per jaar) van het grote zoetwaterbekken en het landbouwareaal, voor het huidig klimaat (door bergingsverschillen is de gepresenteerde waterbalans niet geheel sluitend).
45 h2o / 18- 2009
platform
natuurlijke neerslag kan optreden waardoor de beregeningsgift achteraf overbodig was.
bij voorbaat kan derhalve al gesteld worden dat aan beide vooronderstellingen niet voldaan wordt, zodat de kosten per kubieke meter beregeningswater, onttrokken uit een zoetwaterbekken, hoger zullen zijn en de opbrengsten lager. in welke mate dit het
geval is kan alleen maar met dynamische modelberekeningen worden verkend.
Verkennende berekeningen
van een bestaand model, dat door het adviesburo voor waterbeheer is gemaakt met behulp van de computercode siMgro ten behoeve van het ggor-onderzoek heidsche Peel (op korte afstand van de Mariapeel en deurnese Peel), is een
areaal van ruim 125 hectare uitgekozen als voorbeeldgebied voor het doen van numerieke experimenten (zie afbeelding 1). het voorbeeldgebied is een wat droger zandgebied met overwegend grondwa-tertrappen vi en vii en een wegzijging van ongeveer 0,5 millimeter per dag. er is redelijk veel droogteschade in de onberegende uitgangssituatie voor aardappelen: bij het huidige klimaat wordt door het model een veeljarig gemiddelde verdampingsreductie van 15 procent berekend. voor simulaties met het model is de meteoreeks van 1971 t/m 1999 gebruikt, met dagcijfers van de neerslag van station deurne en dagcijfers van de referentiegewasverdamping van station eindhoven. deze reeks is omgezet in de vier bekende KnMi-scenario’s: g, g+, w en w+.
vervolgens is 7,5 procent van het areaal van het voorbeeldgebied modelmatig ingericht als zoetwaterbekken, waarin de afvoer van het voorbeeldgebied instroomt en bij volledig gevuld zijn weer uitstroomt. het reservoir zelf ontvangt neerslag en verdampt als open water (25 procent hoger dan de referentiegewasverdamping). de maximaal mogelijke peilvariatie kan worden opgegeven. in de rest van het areaal blijft het landgebruik landbouw. zodra in het groeiseizoen 40 procent van het beschikbare vocht in de wortelzone bij veldcapaciteit op is, wordt er op beregenbare percelen een gift van 25 millimeter gegeven. dit beregenings-water wordt onttrokken aan het zoetberegenings-water- zoetwater-bekken zolang dat niet leeg is. als dat wel het geval is, wordt geput uit een andere bron, aangeduid als additionele water-aanvoer. de berekeningen zijn uitgevoerd met 60 procent van het landbouwareaal grasland en 40 procent consumptie-aardappelen, waarbij alleen de aardappelen worden beregend.
behalve onderscheid in klimaat zijn voor het onderzoeken van het hydrologisch functioneren van het bekken drie varianten doorgerekend:
• r: onberegend (is referentie);
• b1: beregend uit bekken met maximale
peilvariatie van één meter (klein);
• b2: beregend uit bekken met maximale
peilvariatie van twee meter (groot). in afbeelding 2 zijn de verschillende waterba-lansposten gegeven voor zowel het bekken (alleen groot bekken weergegeven) als het landbouwareaal, voor het huidige klimaat. in afbeelding 3 is voor de periode 1990 t/m 1999 de vullingsgraad van het grote bekken aangegeven voor het huidig klimaat (onberegend en beregend) en het w- en w+-klimaat, beide beregend.
hieruit blijkt dat na sommige (droge) winter-halfjaren, zoals de winter van 1991/1992, het bekken aan het begin van het zomerhalfjaar lang niet vol is, en aan het eind van natte zomerhalfjaren, zoals de zomer van 1995, het bekken niet leeg is, met reducerende gevolgen voor de benuttingsgraad. in tabel 1 zijn de veeljaarlijks gemiddelde waterbalans-posten van het zoetwaterbekken weergeven.
Afb. 3: Vullingsgraad van het grote zoetwaterbekken in % over de periode 1990 tot 2000 voor de aangegeven scenario’s.
Tabel 1. Veeljaarlijks gemiddelde waterbalansposten van het zoetwaterbekken (in millimeters per jaar) en benuttingsgraad, voor drie klimaatscenario’s en twee bekkengroottes.
huidig klimaat W W+ bekken klein groot klein groot klein groot
neerslag 770 770 817 817 749 749
openwaterverdamping 700 700 741 741 783 783
beregening 516 516 615 615 894 894
onttrokken voor berege-
ning uit het bekken 332 455 411 546 427 628
benuttingsgraad (%) 33 23 42 27 43 31
additionele aanvoer 184 61 194 69 467 266
Tabel 2. Veeljaarlijks gemiddelde waterbalansposten van het landbouwdeel (in millimeters per jaar) en berege-ningsefficiëntie (%), voor drie klimaatscenario’s en twee varianten (onberegend en beregend).
klimaatscenario’s
huidig klimaat W W+ variant onberegend beregend onberegend beregend onberegend beregend
natuurlijke neerslag 770 770 817 817 749 749
actuele evapotranspiratie 458 484 472 503 441 494
beregening (gemiddeld
over hele kavel) 36 43 62
beregening op
aardappeldeel 92 107 155
46 h2o / 18- 2009
daarbij is benuttingsgraad gedefinieerd als onttrokken hoeveelheid voor beregening uit het bekken gedeeld door maximale inhoud. nadere analyse van de resultaten leert het volgende:
• de benuttingsgraad is inderdaad
aanzienlijk lager dan 100 procent;
• hoe kleiner het reservoir, des te hoger de
benuttingsgraad, maar dan is relatief veel additionele aanvoer nodig;
• bij een groot bekken reduceert de
additionele aanvoerbehoefte, maar neemt de benuttingsgraad ook aanzienlijk af;
• bij het scenario w+ neemt de neerslag
af en de verdamping toe. daardoor is de beregeningsbehoefte ook aanmerkelijk hoger en neemt de benuttingsgraad, maar ook de additionele wateraanvoer, aanzienlijk toe.
de waterbalans voor het landbouwdeel is gegeven in tabel 2.
de efficiëntie van beregening - gedefinieerd als toename van de veeljaarlijks gemiddelde jaarlijkse verdamping door beregening gedeeld door de veeljaarlijks gemiddelde jaarlijkse beregening - is met 75 procent redelijk hoog maar niet onrealistisch. in het scenario w+ nemen de droogteschade én de benodigde beregening aanzienlijk toe, terwijl de beregeningsefficiëntie ook hoger is.
Synthese
de verkennende berekeningen hebben duidelijk gemaakt dat zowel de benuttings-graad van het bekken als de beregeningsef-ficiëntie aanzienlijk minder zijn dan 100 procent. indien we uitgaan van een benut-tingsgraad van 50 procent en een berege-ningsefficiëntie van 70 procent, dan worden de kosten per kubieke meter beregenings-water uit een zoetberegenings-waterbekken genoemd bij de ‘quick scan’ een factor 2 hoger en de baten van elke beregende kubieke meter 30 procent lager. vertaald naar de kengetallen genoemd bij de ‘quick scan’ geeft dit een beeld zoals gegeven in afbeelding 4. bij akkerbouw zijn de kosten aanmerkelijk hoger dan de baten; alleen bij vollegronds-groenteteelt zijn de baten hoger dan de kosten.
Afb. 4: Vergelijking van kosten en baten (in euro’s per kubieke meter beregeningswater) van de aanleg van een zoetwaterbekken voor beregening, rekening-houdend met 50 procent benuttingsgraad en een beregeningsefficiëntie van 70 procent.
Conclusies
• de aanleg van zoetwaterbekkens is alleen
bij vollegrondsgroenteteelt rendabel;
• het alternatief zoetwaterbekkens voor
andere bronnen van zoetwatervoorziening brengt aanzienlijke extra kosten met zich mee. de maatregel is alleen interessant als er geen alternatieven voor zoetwatervoor-ziening zijn of als door klimaatverandering en beprijzing van water de huidige water-aanvoer aanzienlijk duurder wordt;
• discussie is mogelijk over de jaarlijkse
kosten van het bekken. die zijn nu gesteld op tien procent van de aanlegkosten. dat lijkt aan de ruime kant. Maar ook al maak je de afschrijving minder, dan verandert dat niet veel aan de analyse;
• de ‘quick scan’ laat zien dat het voor
grasland en laag salderende akkerbouw niet rendabel is zoetwaterbekkens aan te leggen. het veel beleden adagium dat regio’s op eigen benen moeten staan, betekent het accepteren van droogte-schade;
• voor vollegrondsgroenteteelt is het zeker
rendabel zoetwaterbekkens aan te leggen als er geen alternatieven voor zoetwater-voorziening zijn;
• voor een optimale beregening vanuit
zoetwaterbekkens, zoals verkend in deze studie, is er een afhankelijkheid van alternatieve zoetwaterbronnen. voor de kleinere bekkens is deze afhankelijkheid groter dan voor de grotere;
• Klimaatverandering leidt tot een grotere
beregeningsbehoefte en kans op minder aanbod van zoet oppervlaktewater, waardoor aanleg van zoetwaterbekkens eerder opportuun zal worden, mits alterna-tieve zoetwaterbronnen beschikbaar zijn.
Kanttekeningen
• aanleg van zoetwaterbekkens is
de ultieme vorm van (actief) water vasthouden, als het in de winter vastge-houden water in de zomer wordt gebruikt voor beregening. Maar deze medaille heeft ook een keerzijde namelijk minder waterafvoer vanuit een gebied, c.q. de afvoer komt later in het najaar op gang;
• het vullen van het reservoir is in het vlakke
deel van nederland alleen goed mogelijk met inschakeling van een pomp en dat is niet echt duurzaam. in meer geacciden-teerde gebieden kan via opleiden van de aanvoersloot de vulling van het zoetwa-terbekken wellicht onder natuurlijk verval plaatsvinden;
• de verkende zoetwaterbekkens zijn
nadrukkelijk kleinschalig (in principe per bedrijf te realiseren). door het voedings-gebied van het reservoir groter te maken (en met daarin ook nattere gebieden), kan de situatie optreden dat wordt beregend terwijl er nog afvoer is. daardoor kan de benuttingsgraad toenemen, tot zelfs meer dan 100 procent, en kan de afhankelijkheid van additionele wateraanvoer verminderd worden. het is dus belangrijk de aanleg van zoetwaterbekkens op regionale schaal te bekijken, zeker in het pleistocene deel van nederland. een nadeel is wel dat er dan veel meer moet worden geregeld tussen grondgebruikers onderling en, eventueel, met de regionale waterbeheerders;
• in gebieden met wateraanvoer ligt het
vullen van de bekkens met het aanvoer-water en het zo lang mogelijk gebruiken van deze bron in perioden met een aanbodoverschot voor de hand. het bekken als buffer derhalve, als klein-schalig alternatief voor c.q. aanvulling op de voorstellen van de deltacommissie (ijsselmeer en andere grote wateren als zoetwaterreservoirs). hierbij is een geheel ander beschouwing over kosten en baten nodig;
• in gebieden met zoute kwel is het de
vraag of het aangevoerde water wel geschikt is. vooral de eerste afvoer na de zomerperiode kan hoge concentraties zout bevatten. via slimme sturing (‘first flush’ weg laten stromen) kan dit probleem wellicht worden opgelost;
• een niet-verwaarloosbaar deel van het
landelijk gebied inrichten als zoetwa-terbekken vraagt om ideeën voor ‘meekoppelen’, zoals produceren van biomassa, onderscheppen van nutriënten, bergen van piekafvoeren en telen van vis. bij het zoeken naar mogelijkheden tot ‘meekoppelen’ moet echter gewaakt worden dat het hoofddoel - zoetwater-voorraad voor landbouwkundig gebruik gedurende perioden van watertekorten - niet wordt ondermijnd.
